Mariée à l'acteur Chris Sarandon de 1967 à 1979, Susan Sarandon rencontre dans les années 70 le cinéaste français Louis Malle. Charismatique et d'une bienveillance sans égale, l'homme charme immédiatement l'actrice qu'il dirige dans Pretty Baby en 1979 puis, deux ans plus tard, dans Atlantic City. Amoureux, ils ont vécu une courte histoire passionnelle qui restera gravée dans leurs mémoires.
Interviewée par le Parisien en 2000, l'actrice du film Thelma et Louise avait confié : "Tourner avec Louis Malle a été un cadeau ! Il avait une approche, une perception des choses et une façon de filmer très différentes des metteurs en scène américains. D'ailleurs, c'est aussi pourquoi il a eu des problèmes avec la censure aux Etats-Unis pour Pretty Baby (...) Si j'en suis là aujourd'hui, c'est parce que j'ai beaucoup appris avec cet homme qui était d'une rare humanité.". En 1982, l'actrice reçoit d'ailleurs sa première nomination à l'Oscar de la meilleure actrice pour son rôle dans Atlantic City.
Lancée et désormais considérée comme une actrice notable dans le 7e art, elle enchaînera ensuite les succès notamment en 1988 dans la comédie fantastique Les Sorcières d'Eastwick aux côtés de Jack Nicholson, Cher et Michelle Pfeiffer mais aussi Duo à trois (1988) avec Kevin Costner.
En 1988, elle officialise son amour avec l'acteurTim Robbins. Ensemble, ils travaillent sur le film La Dernière Marche, réalisé en 1995 par son compagnon, qui est un véritable plaidoyer contre la peine de mort. Susan Sarandon et Tim Robbins ont eu deux enfants : Jack (né en 1989) et Miles (né en 1992).
Séparés depuis 2009, l'actrice - qui a également une fille, Eva Amurri, née en 1985 de sa relation avec le réalisateur et scénariste Franco Amurri - a ensuite été en couple avec Jonathan Bricklin, un businessman de 31 ans son cadet, jusqu'en 2015.
Interviewée en mars 2021 dans le podcast Divorced Not Dead, l'actrice avait révélé ce qu'elle recherchait chez son futur compagnon : "Je me fous si c'est un homme ou une femme. Je suis ouverte à tous les âges, à toutes les couleurs. Pour moi, ce ne sont que des détails. Ce qui m'intéresse, c'est quelqu'un qui veut partir à l'aventure. Ça peut être un enseignant ou un auteur, quelqu'un qui a du succès ou pas, quelqu'un qui ne sera pas intimidé par des gens qui m'abordent dans la rue et me disent 'Oh mon Dieu, je vous aime.".